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模塊五

齒輪傳動(dòng)與

計(jì)算機(jī)技術(shù)智能制造機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

齒輪傳動(dòng)主要介紹輪齒失效、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、強(qiáng)度計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問題,重點(diǎn)和難點(diǎn)都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。教學(xué)指南

任務(wù)描述學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)方法理實(shí)一體1、能夠根據(jù)齒輪傳動(dòng)應(yīng)用的場(chǎng)合,選擇齒輪的材料和齒輪精度;2、能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的齒輪傳動(dòng),并采取措施避免齒輪傳動(dòng)的失效;3、能夠根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)凝X輪結(jié)構(gòu)與潤滑形式。1、理解齒輪傳動(dòng)失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;2、了解誤差對(duì)傳動(dòng)的影響和齒輪精度的選擇;3、掌握斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)步驟;4、了解斜齒圓柱齒輪、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì);5、認(rèn)識(shí)齒輪的結(jié)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)的潤滑。項(xiàng)目一

計(jì)算機(jī)技術(shù)與芯片學(xué)習(xí)筆記計(jì)算機(jī)技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的內(nèi)容非常廣泛,可粗略分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)部件技術(shù)和計(jì)算機(jī)組裝技術(shù)等幾個(gè)方面。計(jì)算機(jī)技術(shù)包括:運(yùn)算方法的基本原理與運(yùn)算器設(shè)計(jì)、指令系統(tǒng)、中央處理器(CPU)設(shè)計(jì)流水線原理及其在CPU設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、存儲(chǔ)體系、總線與輸入輸出。芯片

什么是芯片?CPU與芯片的關(guān)系是什么?芯片,別稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英文:integratedcircuit,IC)。就是指含有集成電路的硅單晶,容積不大,經(jīng)常是電子計(jì)算機(jī)或別的電子產(chǎn)品的一部分。芯片(chip)便是半導(dǎo)體元器件商品的通稱。是集成電路(IC,integratedcircuit)的質(zhì)粒載體,由圓晶切分而成。硅單晶是一塊不大的硅,含有集成電路,它是電子計(jì)算機(jī)或是別的電子產(chǎn)品的一部分。

芯片的原料是晶圓,晶圓的成分是硅,硅是由石英沙精煉出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),并將這些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體材料,再切片就是芯片制作所需要的晶圓。晶圓越薄生產(chǎn)成本越低,但工藝成本卻越高。

CPU

是一種數(shù)字芯片,是眾多芯片中的一類。CPU不帶外圍器件(例如存儲(chǔ)器陣列),是高度集成的通用結(jié)構(gòu)的處理器。

通俗的講,如果把中央處理器CPU比喻為整個(gè)電腦系統(tǒng)的心臟,那么主板上的芯片組就是整個(gè)身體的軀干。學(xué)習(xí)筆記功能上的區(qū)別CPU的功能是順序控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工,解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。電腦中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令,對(duì)指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。而芯片的功能是提供對(duì)CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持。構(gòu)成不同

芯片是指將電子邏輯門電路用激光刻錄到硅片上,從而構(gòu)成各種各樣的芯片,當(dāng)今集成度最高、功能最強(qiáng)大的當(dāng)屬CPU芯片。CPU是指所有時(shí)期,各種電子元件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)中央處理器的統(tǒng)稱。定義不同

芯片在電子學(xué)中是一種把電路(主要包括半導(dǎo)體設(shè)備,也包括被動(dòng)組件等)小型化的方式,并通常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上,集成電路塊的代稱,記憶不異常變化的意思是這種記憶類型是不需要不斷保持能量。cpu是電子計(jì)算機(jī)的主要設(shè)備之一,電腦中的核心配件。芯片與CPU的區(qū)別學(xué)習(xí)筆記制作組成不同

芯片的制備主要依賴于微細(xì)加工、自動(dòng)化及化學(xué)合成技術(shù),而CPU包括運(yùn)算邏輯部件、寄存器部件,運(yùn)算器和控制部件。

當(dāng)今的芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用到我們生活的各個(gè)方面,小到手機(jī)電腦,大到汽車飛機(jī)都用到了芯片,它對(duì)現(xiàn)代高科技產(chǎn)品來說已經(jīng)是不可或缺的部分,隨著動(dòng)力電池和智能芯片(控制器)在汽車智能制造上的應(yīng)用將使無人駕駛成為現(xiàn)實(shí)(見圖5-1)。圖5-1無人駕駛汽車加二維碼

芯片(控制)電池(動(dòng)力)齒輪傳動(dòng)(傳動(dòng))齒輪機(jī)構(gòu)(執(zhí)行)學(xué)習(xí)筆記齒輪傳動(dòng)最主要的傳動(dòng)應(yīng)用是各種機(jī)器的減(變)速器齒輪機(jī)構(gòu)最主要的執(zhí)行應(yīng)用是各種機(jī)器的差(分)速器

目前,大多數(shù)機(jī)器仍然將這些機(jī)械傳動(dòng)作為其最有效的傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分在使用,我們將從本模塊項(xiàng)目二開始對(duì)其進(jìn)行全面地闡述。項(xiàng)目二

齒輪傳動(dòng)學(xué)習(xí)筆記齒輪傳動(dòng)定義

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。齒輪傳動(dòng)的適用范圍很廣,圓周速度可達(dá)150m/s(最高可達(dá)300m/s),傳遞功率可達(dá)數(shù)萬千瓦,單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)8或更大,直徑可做到10m以上(如圖5-2所示差速器)。

圖5-2差速器加二維碼優(yōu)點(diǎn):工作可靠,使用壽命長;瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù);傳動(dòng)效率高(可達(dá)98%以上);結(jié)構(gòu)緊湊;適用的功率和速度范圍大。缺點(diǎn):需要采用專用設(shè)備加工,成本較高;精度低時(shí),振動(dòng)和噪聲大;不宜用于軸間距大的傳動(dòng)等。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)學(xué)習(xí)筆記

按齒輪傳動(dòng)軸線的相對(duì)位置可分為平行軸、相交軸、交錯(cuò)軸三種齒輪傳動(dòng)(如表5.1所示)。

齒輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)-移動(dòng)、移動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式變換。直齒外嚙合直齒內(nèi)嚙合齒輪齒條表5.1齒輪傳動(dòng)的分類齒輪傳動(dòng)分類學(xué)習(xí)筆記

按工作條件,齒輪傳動(dòng)可分為開式傳動(dòng)、半開式傳動(dòng)和閉式傳動(dòng)。

開式傳動(dòng)時(shí)齒輪完全暴露在外,不可能保證良好的潤滑,也不能防止雜物進(jìn)入齒輪嚙合區(qū),所以通常磨損較大。當(dāng)傳動(dòng)裝置封閉于箱殼內(nèi),并能保證良好潤滑時(shí)稱為閉式傳動(dòng)。閉式傳動(dòng)具有良好的潤滑和防護(hù)條件,重要的齒輪傳動(dòng)通常采用閉式傳動(dòng)。半開式傳動(dòng)介于開式和閉式傳動(dòng)之間,通常是將齒輪浸入油池并安裝簡(jiǎn)單的防護(hù)罩。項(xiàng)目二齒輪的材料與失效常用齒輪材料鋼鋼材的韌性好,耐沖擊,可通過熱處理或表面處理改善力學(xué)性能和提高齒面硬度,是制造齒輪的最常用材料。鍛鋼——各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。鍛鋼的強(qiáng)度高,韌性好,并能通過熱處理改善它的力學(xué)性能。鑄鋼用于尺寸較大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的齒輪。其耐磨性及強(qiáng)度均較好。常常需進(jìn)行正火或回火處理,以消除內(nèi)應(yīng)力。學(xué)習(xí)筆記鑄鐵鑄鐵具有很好的耐磨、抗膠合和減振性能,但彎曲強(qiáng)度和抗沖擊性能較差。灰鑄鐵一般用于工作平穩(wěn),速度較低,功率不大的場(chǎng)合。球墨鑄鐵的力學(xué)性能和抗沖擊性能遠(yuǎn)強(qiáng)于灰鑄鐵,甚至可替代某些鋼制大齒輪。非金屬材料為降低齒輪傳動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲,可用非金屬材料制造齒輪。它常用于高速、輕載及精度要求不高的齒輪傳動(dòng)中。其力學(xué)性能見表5.2。學(xué)習(xí)筆記表5.2常用齒輪材料及其力學(xué)性能學(xué)習(xí)筆記齒輪材料的選用原則

滿足工作要求。根據(jù)齒輪工作特點(diǎn),輪齒芯部要有足夠的抗彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性,齒面要有足夠的硬度和耐磨性。合理選擇配對(duì)齒輪的材料,盡量使它們的壽命一致。但由于小齒輪齒數(shù)較少,齒根較薄,受載次數(shù)多,其輪齒的磨損大,疲勞強(qiáng)度低。因而小齒輪應(yīng)比大齒輪選用較好一些的材料。小齒輪的齒面硬度應(yīng)比大齒輪的齒面硬度大25~40HBS。具有良好的工藝性和熱處理性。材料來源充足,物美價(jià)廉,以降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)齒輪熱處理后齒面硬度的高低,可將齒輪分為軟齒面齒輪(齒面硬度≤350HBS)和硬齒面齒輪(齒面硬度>350HBS)兩類。學(xué)習(xí)筆記齒輪的失效輪齒折斷圖5-3輪齒折斷

輪齒折斷:是指齒輪的一個(gè)或多個(gè)齒的整體或局部的斷裂。它有疲勞折斷和過載折斷兩種。如圖5-3所示,輪齒折斷不僅使齒輪傳動(dòng)喪失工作能力,而且可能引起設(shè)備和人身事故,所以應(yīng)設(shè)法避免。

產(chǎn)生原因:齒根處受到彎曲交變應(yīng)力的反復(fù)作用,使齒根受拉側(cè),首先出現(xiàn)疲勞裂紋,隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加,裂紋不斷擴(kuò)展,齒根剩余斷面上的應(yīng)力超過齒輪材料的極限應(yīng)力時(shí),輪齒就會(huì)產(chǎn)生疲勞折斷(一般多發(fā)生在閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)中)。學(xué)習(xí)筆記當(dāng)短時(shí)過載或過大沖擊載荷作用在輪齒上時(shí),在彎曲應(yīng)力的作用下發(fā)生的輪齒突然折斷,稱為過載折斷。

改進(jìn)措施:增大齒根圓角半徑和降低齒根表面的粗糙度,以降低齒根的應(yīng)力集中;對(duì)齒根表面進(jìn)行輾壓或噴丸處理,以提高齒根的強(qiáng)度;采用正變位齒輪或適當(dāng)增大壓力角,以增大齒根厚度,降低齒根危險(xiǎn)截面上的彎曲應(yīng)力;在使用中避免意外的嚴(yán)重過載或沖擊等。學(xué)習(xí)筆記

齒面疲勞點(diǎn)蝕:是一種齒面呈麻點(diǎn)狀的齒面疲勞破壞,實(shí)質(zhì)上是一些細(xì)小的金屬顆粒剝落而形成的小凹坑,如圖5-4所示。

齒面疲勞點(diǎn)蝕是閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式,常發(fā)生在靠近節(jié)線處的齒根表面上,然后逐漸向其他部位蔓延和擴(kuò)展。

產(chǎn)生原因:齒輪工作時(shí),兩齒廓接觸面的接觸應(yīng)力是按脈動(dòng)循環(huán)變化的,由于交變應(yīng)力的反復(fù)作用,當(dāng)接觸應(yīng)力最大值超過了齒面的接觸疲勞極限應(yīng)力時(shí),齒面金屬脫落而形成麻點(diǎn),發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕,引起振動(dòng)和噪聲。

改進(jìn)措施:提高齒面的硬度以增大輪齒的疲勞極限;提高潤滑油的黏度或添加適宜的添加劑,使嚙合齒面形成較厚的牢固的油膜,以增大其承載面積;降低輪齒的表面粗糙度,提高齒形精度和精心跑合,以改善齒面的接觸情況等。齒面疲勞點(diǎn)蝕

圖5-4齒面疲勞點(diǎn)蝕學(xué)習(xí)筆記齒面磨損圖5-5齒面磨損

產(chǎn)生原因:由于金屬微粒、灰塵、污物等進(jìn)入齒輪工作表面,在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將齒面材料逐漸磨損,使?jié)u開線齒廓失去正確形狀,并由此而產(chǎn)生沖擊和噪聲。如圖5-5所示。嚴(yán)重磨損時(shí),輪齒變薄,致使輪齒折斷。齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。

改進(jìn)措施:加防護(hù)罩,以改善齒輪的工作條件;提高齒面硬度和降低表面粗糙度,以提高齒面的耐磨性;供給足夠的潤滑油并保持潤滑油的清潔,以改善潤滑條件等。學(xué)習(xí)筆記

齒面膠合:是相互嚙合齒面的金屬在一定的壓力下直接接觸而發(fā)生黏著,并隨著齒面的相對(duì)滑動(dòng),使金屬從齒面上撕落而引起的一種破壞。如圖5-6所示,一般有熱膠合和冷膠合兩種形式。

產(chǎn)生原因:在高速重載齒輪傳動(dòng)中,由于齒面間的壓力大,瞬時(shí)溫度高,使?jié)櫥偷酿ざ冉档投櫥饔茫瑢?dǎo)致兩接觸齒面金屬熔焊而黏著,從而產(chǎn)生熱膠合。在低速重載齒輪傳動(dòng)中,由于嚙合處的局部壓力很高,而速度又低,因而使兩接觸表面間不易形成油膜而產(chǎn)生黏著,從而出現(xiàn)冷膠合。膠合產(chǎn)生以后,漸開線齒廓被破壞,振動(dòng)和噪聲增大,會(huì)很快導(dǎo)致齒輪的報(bào)廢。

為了減少膠合,使配對(duì)的大小齒輪壽命相當(dāng),通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出3-50HBS。對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng),可采用硬齒面齒輪組合,使齒面硬度大致相同。

改進(jìn)措施:采用黏度較大或抗膠合性能好的潤滑油;降低表面粗糙度以造成良好的潤滑條件;提高齒面硬度以增強(qiáng)其抗膠合能力。齒面膠合圖5-6齒面膠合學(xué)習(xí)筆記項(xiàng)目三標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

對(duì)閉式軟齒面齒輪傳動(dòng),其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),然后再校核輪齒根部的彎曲疲勞強(qiáng)度。

對(duì)閉式硬齒面齒輪傳動(dòng),其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是先按齒根部的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),然后再校核齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。學(xué)習(xí)筆記開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則通常是只按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式計(jì)算模數(shù),然后據(jù)實(shí)際情況把求得的模數(shù)加大10%~20%,以考慮磨損量。不進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算。輪齒受力分析圖5-7直齒輪受力分析學(xué)習(xí)筆記如圖5-7所示為一對(duì)外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)安裝,齒輪1是主動(dòng)輪,齒輪2是從動(dòng)輪。若主動(dòng)輪1所傳遞的功率為P(kw),轉(zhuǎn)速為n1(r/min),則作用在主動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩(N·mm)學(xué)習(xí)筆記任務(wù)一一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)安裝,已知m=3mm,=25,轉(zhuǎn)速=960r/min,傳遞的功率為P=7.5kW,試計(jì)算作用于輪齒上的各力,并指出圓周力和徑向力對(duì)軸產(chǎn)生什么作用?由任務(wù)引入條件得學(xué)習(xí)筆記任務(wù)實(shí)施:任務(wù)分析:根據(jù)受力分析及力矩公式換算可計(jì)算出圓周力和徑向力。計(jì)算載荷FnC表5.3載荷系數(shù)K學(xué)習(xí)筆記

法向力Fn是齒輪傳動(dòng)在理想狀態(tài)下的名義載荷,而在實(shí)際傳動(dòng)時(shí),由于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的性能,齒輪的加工誤差,輪齒、軸和軸承受載后的變形,以及傳動(dòng)中工作載荷的變化等都會(huì)使齒輪上所受的實(shí)際載荷大于名義載荷(Fn)。為此,在齒輪的強(qiáng)度計(jì)算中,引入載荷系數(shù)K,將名義載荷Fn進(jìn)行修正得到計(jì)算載荷Fnca,即Fnca=KFn

載荷系數(shù)K值可近似地按表5.3選取。齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算學(xué)習(xí)筆記表5.4齒輪的材料系數(shù)zE(單位:MPa2(1))學(xué)習(xí)筆記輪齒根部的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算圖5-8齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖學(xué)習(xí)筆記

閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是輪齒疲勞折斷。為了防止輪齒疲勞折斷,應(yīng)對(duì)輪齒根部的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算,其計(jì)算方法是使輪齒根部所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力小于或等于齒輪的許用彎曲應(yīng)力,如圖5-8所示。

表5.5復(fù)合齒形系數(shù)YFS學(xué)習(xí)筆記學(xué)習(xí)筆記齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇齒數(shù)和模數(shù)學(xué)習(xí)筆記

對(duì)閉式軟齒面齒輪傳動(dòng),一般先按齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算出齒輪的分度圓直徑,然后再確定齒數(shù)和模數(shù),且應(yīng)在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下,盡量選取較多的齒數(shù)。這是因?yàn)椋涸诜侄葓A直徑不變時(shí),齒數(shù)越多,模數(shù)就越小,重合度就越大,傳動(dòng)越平穩(wěn)。但模數(shù)越小,則輪齒的彎曲強(qiáng)度就越弱。m=(0.007~0.020)a(5-5)式中,α——中心距(mm)。對(duì)于傳遞動(dòng)力的齒輪,為防止意外折斷,m≥1.5~2.0,按式(5-5)計(jì)算出的m應(yīng)調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),然后由下式確定齒數(shù):,z2=

uz1(5-6)式(5-6)計(jì)算出的值為小數(shù),應(yīng)圓整為整數(shù)。

對(duì)閉式硬齒面齒輪或鑄鐵齒輪和開式齒輪傳動(dòng),齒數(shù)宜取小些,取17~25。齒寬系數(shù)φd表5.6齒寬系數(shù)φd學(xué)習(xí)筆記齒寬系數(shù)φd的取值見表5.6。傳動(dòng)比i學(xué)習(xí)筆記

i<8時(shí)可采用一級(jí)齒輪傳動(dòng),8≤i≤40時(shí),采用二級(jí)齒輪傳動(dòng),i>40時(shí),采用三級(jí)或三級(jí)以上傳動(dòng)。一般取一對(duì)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i<3,imax=5;斜齒輪傳動(dòng),i≤5,imax=8;直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i≤3,imax=5~7.5。一般齒輪傳動(dòng),若對(duì)傳動(dòng)比不作嚴(yán)格要求時(shí),則實(shí)際傳動(dòng)比i允許有±2.5%(i≤4.5時(shí))或±4%(i>4.5時(shí))的誤差。其計(jì)算誤差公式如下:

圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖5-9小齒輪及齒輪軸齒輪的結(jié)構(gòu)一般由輪緣(輪齒)、輪輻和輪骰三部分組成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法主要是按經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定齒輪的各部分形狀和尺寸。齒輪結(jié)構(gòu)型式有齒輪軸式、實(shí)心式、腹板式、輪輻式等。

齒輪軸式齒輪。對(duì)于小直徑的鋼齒輪,若齒根圓直徑與軸相差不大,致使在鍵槽處的尺寸δ1<2.5m(m為模數(shù))時(shí),則可將齒輪和軸制成一體,稱為齒輪軸,如圖5-9所示。齒輪軸的剛度較好,但齒輪損壞時(shí),軸將與其同時(shí)報(bào)廢,結(jié)果造成浪費(fèi)。對(duì)直徑較大(da>2d3)的齒輪,為了便于制造和裝配,應(yīng)將齒輪和軸分開制造。學(xué)習(xí)筆記圖5-10實(shí)心式齒輪

實(shí)心式齒輪。當(dāng)da≤200mm的鋼齒輪,可采用鍛造毛還的實(shí)心式結(jié)構(gòu)。如圖5-10所示,材料常用鋼,有時(shí)也用軋制圓鋼。學(xué)習(xí)筆記圖5-11腹板式齒輪

腹板式齒輪:齒頂圓直徑200mm<da<500mm的齒輪,一般采用腹板式結(jié)構(gòu)。為了減輕重量節(jié)省材料和便于搬運(yùn),在腹板上常制出圓孔,如圖5-11所示。學(xué)習(xí)筆記輪輻式齒輪

輪輻式齒輪。為了節(jié)省材料和減輕重量,頂圓直徑da>500mm的齒輪可采用輪輻式結(jié)構(gòu),如圖5-12所示。學(xué)習(xí)筆記圖5-12輪輻式齒輪任務(wù)二

如圖5-13所示為帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置,試設(shè)計(jì)減速器的高速級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知輸入功率=15kW,小齒輪轉(zhuǎn)速=960r/min,傳動(dòng)比i=3.2,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),預(yù)期工作壽命10年,每年工作300天,兩班制工作。帶式輸送機(jī)傳動(dòng)平穩(wěn),單向轉(zhuǎn)動(dòng),要求結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。1-電動(dòng)機(jī);2-聯(lián)軸器;3-減速器;4-鏈傳動(dòng);5-輸送帶圖5-13帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置學(xué)習(xí)筆記任務(wù)分析:根據(jù)任務(wù)引入,要求結(jié)構(gòu)緊湊,該對(duì)齒輪可采用硬齒面。再根據(jù)精度等級(jí)和材料的選擇確定許用應(yīng)力,并按滿足許用應(yīng)力的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算就能得到所需輸送機(jī)傳動(dòng)裝置。

學(xué)習(xí)筆記任務(wù)實(shí)施:由于任務(wù)引入要求結(jié)構(gòu)緊湊,所以該齒輪可采用硬齒面。

學(xué)習(xí)筆記

學(xué)習(xí)筆記小竅門:設(shè)計(jì)要有耐心,要反復(fù)做哦!!項(xiàng)目四平行軸標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)齒廓形成與嚙合特點(diǎn)圖5-14直齒輪齒廓曲面的形成

如圖5-14所示,直齒圓柱齒輪的齒廓曲面是相切于基圓柱NN線的發(fā)生面沿基圓柱做純滾動(dòng)時(shí),發(fā)生面上任一與基圓柱平行的,直線KK的軌跡就是直齒輪齒廓曲面漸開面。直齒輪的齒線方向與軸K線平行,齒輪嚙合時(shí),沿齒寬方向的瞬時(shí)接觸線是與軸線平行的直線。因此輪齒上的力是突然加上、突然卸掉,從而在高速傳動(dòng)中引起沖擊、振動(dòng)和噪音,傳動(dòng)極不平穩(wěn)。為適應(yīng)機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)和功率增加的需要,設(shè)計(jì)產(chǎn)生了斜齒圓柱齒輪。學(xué)習(xí)筆記圖5-15斜齒輪齒廓曲面的形成如圖5-15所示,斜齒輪齒廓曲面的形成是發(fā)生面在基圓柱上做純滾動(dòng),發(fā)生面上有一直線KK與基圓柱直母線方向A成傾斜角(基圓柱上的螺旋角)。當(dāng)發(fā)生面沿著基圓柱進(jìn)行純滾動(dòng)時(shí),直線KK形成了斜齒輪的漸開螺旋面齒廓。一對(duì)斜齒圓柱齒輪嚙合時(shí),齒面接觸線與齒輪直母線相傾斜,其長度由零逐漸增大,到某一位置后達(dá)到最大,又逐漸縮短到零直至退出嚙合。所以,斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)具有噪聲小、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力大等優(yōu)點(diǎn),一般適用于高速重載場(chǎng)合。但由于有螺旋角,斜齒輪的輪齒工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力,對(duì)支承軸將產(chǎn)生拉伸或壓縮作用,從而影響軸承的壽命。學(xué)習(xí)筆記斜齒圓柱齒輪的主參數(shù)、幾何尺寸和正確嚙合條件圖5-16斜齒輪展開圖圖5-17斜齒輪輪齒的旋向

螺旋角(β)。如圖5-16所示,將斜齒輪沿其分度圓柱展開,該圓柱上的螺旋線成為一條直線,它與齒輪軸線間的夾角,就稱為分度圓柱上的螺旋角,簡(jiǎn)稱螺旋角β。β大,重合度大,傳動(dòng)平穩(wěn),軸向力也會(huì)增大,取β=8°~20°。斜齒圓柱齒輪的螺旋線方向有左旋和右旋之分,如圖5-17所示。其判別方法是:將齒輪沿軸線方向垂直擺放,螺旋線傾斜方向成左下右上者為右旋,左上右下者為左旋。學(xué)習(xí)筆記圖5-18斜齒輪法面、端面的關(guān)系圖學(xué)習(xí)筆記

模數(shù)(mn、mt)和壓力角(αn、αt)。斜齒圓柱齒輪,有端面(垂直于齒輪軸線的平面)和法面(垂直于齒線方向的平面)齒形之分,選擇刀具時(shí)應(yīng)以法面齒形的模數(shù)(mn)和壓力角(αn)為準(zhǔn),選取標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算齒輪幾何尺寸時(shí)應(yīng)以端面齒形的模數(shù)(mt)和壓力角(αt)為依據(jù),則由空間幾何關(guān)系(圖5-18所示)表5.7標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪幾何尺寸計(jì)算公式學(xué)習(xí)筆記當(dāng)量齒輪及當(dāng)量齒數(shù)、最少齒數(shù)圖5-19斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)學(xué)習(xí)筆記

斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算是按法面齒形進(jìn)行的,選擇銑刀刀號(hào)也是以法面齒形的參數(shù)為依據(jù),所以我們必須分析法面齒形,采用近似方法,用當(dāng)量齒輪的齒形去近似替代法面齒形來分析計(jì)算。如圖5-19所示,當(dāng)量齒輪是指過斜齒輪分度圓柱螺旋線上的一點(diǎn)P作垂直于輪齒的法向斷面,該斷面為一橢圓,橢圓在P點(diǎn)的曲率半徑為ρ,若以ρ為分度圓半徑,以法面模數(shù)mn和法面壓力角αn為主參數(shù),作出一個(gè)假想的直齒圓柱齒輪齒形,與斜齒輪法面齒形非常接近,我們就把這個(gè)假想的直齒圓柱齒輪稱為該斜齒輪的當(dāng)量直齒輪,其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)zv。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算受力分析圖5-20斜齒輪受力分析學(xué)習(xí)筆記

圖5-20是一對(duì)斜齒圓柱齒輪的受力情況,主動(dòng)輪為右旋齒輪,按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng),忽略摩擦不計(jì),作用于主動(dòng)輪齒上的總壓力Fn1必沿接觸點(diǎn)的法線方向,指向工作齒面,稱為法向壓力Fn1。將它分解為互相垂直的兩個(gè)分力,F(xiàn)r1和F'1,F(xiàn)'1又可分解為互相垂直的兩個(gè)分力Ft1

(圓周力)和Fa1(軸向力)。學(xué)習(xí)筆記

各力方向確定如下:圓周力在主動(dòng)輪上與嚙合點(diǎn)圓周速度方向反向,在從動(dòng)輪上同向;徑向力指向各自輪心(內(nèi)齒輪背離輪心);軸向力方向可采用主動(dòng)輪左、右手定則來判定。其方法是:若主動(dòng)輪為右旋,將右手握成拳狀,彎曲的四手指與轉(zhuǎn)向一致,大拇指與彎曲四手指組成的平面垂直,它的指向即為主動(dòng)輪的軸向力方向。對(duì)主動(dòng)輪為左旋的齒輪,用左手采用此法判定。強(qiáng)度計(jì)算學(xué)習(xí)筆記

標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算與直齒圓柱齒輪相似,是以法面齒形(當(dāng)量直齒圓柱齒輪)為依據(jù)計(jì)算的。任務(wù)分析:要把直齒輪機(jī)構(gòu)變?yōu)樾饼X輪機(jī)構(gòu)則直齒輪的壓力角應(yīng)等于斜齒輪的法向壓力角,由此可初取斜齒輪的螺旋角按中心距公式算出其齒數(shù)圓整后,再代入公式計(jì)算出螺旋角。任務(wù)三由任務(wù)引入條件可知,學(xué)習(xí)筆記

有一標(biāo)準(zhǔn)直齒輪機(jī)構(gòu),已知:z1=30,z2=60,m=3mm,α=20°。為提高齒輪機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性,要求在傳動(dòng)比和模數(shù)都不變的條件下,將標(biāo)準(zhǔn)直齒輪機(jī)構(gòu)改換成標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪機(jī)構(gòu)。試設(shè)計(jì)這對(duì)斜齒輪的齒數(shù)z1'、z2'和螺旋角β。任務(wù)實(shí)施:學(xué)習(xí)筆記

因此,設(shè)計(jì)的斜齒輪機(jī)構(gòu)的齒數(shù)z1'=29,z2'=58,β=14°50′24?。任務(wù)四

設(shè)計(jì)某二級(jí)減速器的高速級(jí)斜齒圓柱齒輪。已知輸入功率=10kW,小齒輪轉(zhuǎn)速=960r/min,傳動(dòng)比i=3.2,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),預(yù)期工作壽命15年,每年工作300天,兩班制工作,單向轉(zhuǎn)動(dòng),載荷為中等沖擊。學(xué)習(xí)筆記

由任務(wù)引入條件分析,齒輪可采用軟齒面。1.選擇齒輪精度見表4.1,齒數(shù)和材料,并確定許用應(yīng)力1)選擇齒輪精度。初選8級(jí)精度。2)選擇齒數(shù)。初選小輪齒數(shù)z1=24,則大輪齒數(shù)z2=z1i=24×3.2=76.8,取z2=77,實(shí)際傳動(dòng)比i=z2/z1=77/24=3.208。3)選擇材料并確定許用應(yīng)力。根據(jù)表5.2,選擇小齒輪用45鋼調(diào)質(zhì),硬度217~255HBW;大齒輪用45鋼正火,硬度162-217HBW。則σFlim1=430MPa,σFlim2=310MPa;σHlim1=590MPa,σHlim2=380MPa。取彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)SF=1.4,接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)SH=1,則許用應(yīng)力為任務(wù)實(shí)施:任務(wù)分析:根據(jù)任務(wù)引入情況,齒輪可采用軟齒面。再由齒輪材料、齒數(shù)和精度的選擇確定許用應(yīng)力。由此可按滿足許用應(yīng)力的設(shè)計(jì)步驟計(jì)算出相關(guān)參數(shù)。學(xué)習(xí)筆記學(xué)習(xí)筆記學(xué)習(xí)筆記*項(xiàng)目五直齒錐齒輪傳動(dòng)直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比圖5-21直齒錐齒輪機(jī)學(xué)習(xí)筆記

錐齒輪傳動(dòng)是用來傳遞空間兩相交軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的,兩軸的夾角可由工作要求確定。由于輪齒分布在圓錐面上,它的齒形是由小端到大端逐漸增大。它們的回轉(zhuǎn)平面不在同一平面內(nèi),錐齒輪的輪齒分直齒、斜齒和曲齒等。軸間角為90°的直齒錐齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣。如圖5-21所示,軸間角Σ=90°的直齒錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比:主參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算圖5-22直齒錐齒輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸學(xué)習(xí)筆記

如圖5-22所示,由于直齒錐齒輪有小端和大端齒形,它的主參數(shù)和幾何尺寸以大端為依據(jù),它是以大端的模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值,壓力角α=20°,h=1,c*=0.2,Σ=90°。這種標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪幾何尺寸計(jì)算見表5.8。表5.8標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪機(jī)構(gòu)幾何尺寸計(jì)算公式學(xué)習(xí)筆記*項(xiàng)目六齒輪傳動(dòng)的潤滑齒輪傳動(dòng)的潤滑潤滑方式

閉式齒輪傳動(dòng)。一般常采用浸油潤滑和噴油潤滑兩種方式。浸油潤滑是將齒輪浸入箱內(nèi)油池中,當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),借助油的黏著力將油帶到嚙合處進(jìn)行潤滑。它適于齒輪的圓周速度v<10m/s的場(chǎng)合。減速箱內(nèi)油池要有一定的深度和貯油量,油池太淺易將底面油泥攪起,引起磨粒磨損,且不易散熱。通常要求大齒輪齒頂圓到油池底部的高度h=30~50mm,且浸沒一個(gè)齒高。若多級(jí)傳動(dòng)各大齒輪的直徑相差較大,而使高速級(jí)大齒輪不能浸入油中,這時(shí)可采用帶油輪潤滑、帶油環(huán)等結(jié)構(gòu)形式保證實(shí)現(xiàn)各級(jí)咽合齒輪的潤滑。當(dāng)齒輪的速度v>12m/s時(shí),采用噴油潤滑。噴油潤滑是由油泵或中心供油站經(jīng)噴嘴將油噴到嚙合的輪齒齒面上。噴油潤滑效果良好,但需要專門的管道、濾油器、冷卻器及油量調(diào)節(jié)裝置等,因而成本較高。

開式齒輪傳動(dòng)。對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)以及小型、低速、輕載減速器采用涂抹、填充油脂或滴油潤滑。學(xué)習(xí)筆記潤滑劑

潤滑劑的種類有潤滑油、潤滑脂。各種潤滑油、潤滑脂的牌號(hào)及選擇原則詳見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。學(xué)習(xí)筆記*項(xiàng)目七蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介蝸桿傳動(dòng)組成和特點(diǎn)圖5-23蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)由蝸桿、蝸輪和機(jī)架組成。蝸桿傳動(dòng)是用來傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的,其兩軸交角為90°。如圖5-23所示,一般以蝸桿主動(dòng),具有自鎖性,作減速運(yùn)動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床、起重及礦山機(jī)械、儀器儀表等設(shè)備。

蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大(用于傳遞動(dòng)力時(shí)i=10~80,用于分度傳動(dòng)時(shí)i可達(dá)1000);傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪聲低。蝸桿傳動(dòng)的缺點(diǎn)是:傳動(dòng)效率低;材料要求高,制造成本較高。學(xué)習(xí)筆記圖5-24蝸輪旋向判斷

蝸輪從動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向可通過主動(dòng)蝸桿的螺旋線旋向和旋轉(zhuǎn)方向,結(jié)合左、右手定則來判斷。如圖5-24(a)所示,當(dāng)蝸桿為右旋,順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),用右手四個(gè)手指沿蝸桿轉(zhuǎn)向握住,大拇指沿蝸桿軸線所指方向的反方向即為蝸輪上節(jié)點(diǎn)處的速度方向(逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn))。當(dāng)蝸桿為左旋,如圖5-24(b),則用左手按相同方法對(duì)蝸輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行判定。學(xué)習(xí)筆記蝸桿傳動(dòng)的類型圖5-25蝸桿傳動(dòng)的類型按蝸桿形狀的不同,蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)如圖5-25(a)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)如圖5-25(b)和錐蝸桿傳動(dòng)如圖5-25(c)等。其中圓柱蝸桿傳動(dòng)制造簡(jiǎn)單,應(yīng)用最廣。學(xué)習(xí)筆記圓柱蝸桿傳動(dòng)的主參數(shù)、幾何尺寸和正確嚙合條件主參數(shù)圖5-26蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸如圖5-26所示,通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面稱為中間平面。在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí),都是以中間平面的參數(shù)和尺寸為依據(jù)。學(xué)習(xí)筆記學(xué)習(xí)筆記圖5-27蝸桿分度圓柱展開圖令z1為蝸桿頭數(shù),L為蝸桿螺旋線的導(dǎo)程,將蝸桿分度圓柱展開如圖5-27所示,則學(xué)習(xí)筆記表5.9蝸桿蝸輪的模數(shù)、直徑系數(shù)、分度圓直徑模數(shù)m/mm分度圓直徑d1直徑系數(shù)q模數(shù)m/mm分度圓直徑d1直徑系數(shù)q118186.3(80)12.6981.25201611217.77822.417.928(63)7.8751.62012.580102817.5(100)12.52(18)914017.522.411.210(71)7.1(28)1490935.517.75(112)11.22.5(22.4)8.96160162811.212.5(90)7.2(35.5)14.21128.964518(140)11.23.15(28)8.8892001635.511.2716(112)74514.2861408.755617.778(180)11.254(31.5)7.87525015.625401020(140)75012.516087117.75(224)11.25(40)831515.75501025(180)7.2(63)12.620089018(280)11.26.3(50)7.936400166310

學(xué)習(xí)筆記正確嚙合條件圖5-28蝸桿、蝸輪旋向的判定(a)(b)蝸桿傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向的判定學(xué)習(xí)筆記幾何尺寸蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)幾何尺寸計(jì)算公式見表5.10。

名稱符號(hào)計(jì)算公式基本參數(shù)模數(shù)m取蝸輪端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值,查表4.15壓力角α選標(biāo)準(zhǔn)值α=20°蝸桿頭數(shù)z1一般取z1=1,2,4蝸輪齒數(shù)z2z2=iz1蝸桿直徑系數(shù)qq=d1/m,查表4.15齒頂高系數(shù)h選標(biāo)準(zhǔn)值h=1頂隙系數(shù)c*取標(biāo)準(zhǔn)值c*=0.2幾何尺寸齒頂高h(yuǎn)αhα=hm=m齒根高h(yuǎn)fhf=(h+c*)m=1.2m齒高h(yuǎn)h=hα+hf=2.2m蝸桿分度圓直徑d1d1=mq,查表4.15蝸桿齒頂圓直徑dα1dα1=d1+2hα蝸桿齒根圓直徑df1df1=d1-2hf蝸桿軸向齒距PaPa=πm蝸桿分度圓γγ=arctan(mz1/d1)螺旋導(dǎo)程角γγ=β(蝸輪分度圓上輪齒的螺旋角)蝸輪分度圓直徑d2d2=mz2蝸輪齒頂圓直徑da2da2=d2+2ha=(z2+2)m蝸輪齒根圓直徑df2df2=d2-2hf=(z2—2.4)m中心距aa+=(q+z2)表5.10蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)幾何尺寸計(jì)算公式學(xué)習(xí)筆記任務(wù)五

由任務(wù)引入條件分析,根據(jù)表5.10公式來計(jì)算該蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的主要幾何尺寸如表5.11所示。序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容及結(jié)果1蝸桿幾何尺寸

分度圓直徑d1=mq=6.3×10=63(mm)齒頂圓直徑da1=m(q+2)=6.3×00+2)=75.6(mm)齒根圓直徑df1=m(q-2.4)=6.3×(10-2.4)=47.88(mm)分度圓螺旋導(dǎo)程角γ=arctan(mz1/d1)=arctan(6.3×1/63)=5°42′38″蝸桿軸向齒距Pa=πm=3.14×6.3=19.78(mm)2蝸輪幾何尺寸

分度圓上螺旋角β=γ=5°42′38″分度圓直徑d2=mz2=6.3×30=189(mm)齒頂圓直徑da2=m(z2+2)=6.3×(30+2)=201.6(mrn)齒根圓直徑df2=m(z2-2.4)=6.3×(30-2.4)=173.88(mm)3中心距a=(q+z2)=×(10+30)=126(mm)表5.11蝸桿傳動(dòng)主要幾何尺寸學(xué)習(xí)筆記

一蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu),已知m=6.3mm,q=10,z1=1,z2=30,h=1,c*=0.2。試計(jì)算其主要幾何尺寸。任務(wù)實(shí)施:任務(wù)分析:可根據(jù)相關(guān)公式設(shè)計(jì)計(jì)算其主要幾何尺寸。學(xué)習(xí)測(cè)試與學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)一、填空題1)一般開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是

;閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是

;閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是

;閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是

。2)對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng),按

強(qiáng)度進(jìn)行校核。3)對(duì)于開式齒輪傳動(dòng),通常只按

強(qiáng)度計(jì)算。

4)一對(duì)減速齒輪傳動(dòng),當(dāng)保持兩輪分度圓直徑不變,而減少齒數(shù)并增大模數(shù)時(shí),其齒面接觸應(yīng)力將

。5)在材料、熱處理及幾何參數(shù)均相同的直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪和直齒圓錐齒輪三種齒輪傳動(dòng)中,承載能力最高的是

傳動(dòng),承載能力最低的是

傳動(dòng)。6)齒輪傳動(dòng)的潤滑方式主要根據(jù)齒輪的

選擇。二、單選題1)對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng),其主要失效形式是

。(A.輪齒疲勞折斷;B.齒面疲勞點(diǎn)蝕;C.齒面磨損;D.齒面膠合)2)在高速、重載齒輪傳動(dòng)中,當(dāng)潤滑油失去潤滑作用時(shí),最可能出現(xiàn)的失效形式是

。(A.輪齒疲勞折斷;B.齒面疲勞點(diǎn)蝕;C.齒面磨損;D.齒面膠合)學(xué)習(xí)測(cè)試學(xué)習(xí)測(cè)試3)齒輪的齒面疲勞

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